Ihmiskunta tarvitsee kristallinkirkasta energiaa ympäristön kann alta, koska nykyaikaiset energiantuotantomenetelmät saastuttavat vakavasti ympäristöä. Asiantuntijat näkevät ulospääsyn umpikujasta innovatiivisissa menetelmissä. Ne liittyvät avaruusenergian käyttöön.
Alkuideat
Tarina alkoi vuonna 1968. Sitten Peter Glazer esitteli ajatuksen massiivisesta satelliittitekniikasta. Niihin asennettiin aurinkokeräin. Sen koko on 1 neliökilometri. Laitteen piti sijaita 36 000 km:n korkeudessa päiväntasaajavyöhykkeen yläpuolella. Tavoitteena on kerätä ja muuntaa aurinkoenergiaa sähkömagneettiseksi kaistaksi, mikroa altovirtaukseksi. Tällä tavalla hyödyllistä energiaa tulisi siirtää v altaviin maanpäällisiin antenneihin.
Vuonna 1970 Yhdysv altain energiaministeriö tutki yhdessä NASA:n kanssa Glaser-projektia. Tämä on Solar Power Satellite (lyhenne SPS).
Kolme vuotta myöhemmin tiedemiehelle myönnettiin patentti ehdotetulle tekniikalle. Idea toisi toteutuessaan erinomaisia tuloksia. Mutta niitä olisuoritettiin erilaisia laskelmia, ja kävi ilmi, että suunniteltu satelliitti tuottaisi 5000 MW energiaa ja Maa saavuttaisi kolme kertaa vähemmän. Määritimme myös tämän projektin arvioidut kustannukset - 1 biljoona dollaria. Tämä pakotti hallituksen sulkemaan ohjelman.
90s
Jatkossa satelliitit suunniteltiin sijoittavan vaatimattomammalle korkeudelle. Tätä varten heidän täytyi käyttää matalia maankiertoradoja. Tämän konseptin kehittivät keskuksen tutkijat vuonna 1990. M. V. Keldysh.
Heidän suunnitelmansa mukaan 2000-luvun 20-30-luvulla pitäisi rakentaa 10-30 erikoisasemaa. Jokainen niistä sisältää 10 energiamoduulia. Kaikkien asemien kokonaisparametri on 1,5 - 4,5 GW. Maapallolla indikaattori saavuttaa arvot 0,75 - 2,25 GW.
Ja vuoteen 2100 mennessä asemien lukumäärä kasvaa 800:aan. Maapallolla vastaanotetun energian taso on 960 GW. Mutta tänään ei ole tietoa edes tähän konseptiin perustuvan hankkeen kehittämisestä.
NASA ja Japanin toimet
Vuonna 1994 suoritettiin erityinen koe. Sitä isännöivät Yhdysv altain ilmavoimat. He asettivat kehittyneitä aurinkosähkösatelliitteja matalalle maan kiertoradalle. Tähän tarkoitukseen käytettiin raketteja.
Vuodesta 1995 vuoteen 1997 NASA suoritti perusteellisen tutkimuksen avaruusenergiasta. Sen käsitteitä ja teknisiä erityispiirteitä analysoitiin.
Vuonna 1998 Japani puuttui asiaan. Hänen avaruustoimistonsa käynnisti ohjelman avaruuden sähköjärjestelmän rakentamiseksi.
Vuonna 1999 NASA vastasi käynnistämällä samanlaisen ohjelman. Vuonna 2000 tämän järjestön edustaja John McKins puhui Yhdysv altain kongressissa lausumalla, että suunniteltu kehitys vaatii v altavia kustannuksia ja korkean teknologian laitteita sekä yli vuosikymmenen.
Vuonna 2001 japanilaiset ilmoittivat suunnitelmastaan tehostaa tutkimusta ja laukaista testisatelliitti, jonka parametrit ovat 10 kW ja 1 MW.
Vuonna 2009 heidän avaruustutkimusvirastonsa ilmoitti aikovansa lähettää erikoissatelliitin kiertoradalle. Se lähettää aurinkoenergiaa Maahan mikroa altojen avulla. Sen ensimmäinen prototyyppi pitäisi julkaista vuonna 2030.
Myös vuonna 2009 allekirjoitettiin tärkeä sopimus kahden organisaation - Solarenin ja PG&E:n - välillä. Sen mukaan ensimmäinen yritys tuottaa energiaa avaruudessa. Ja toinen ostaa sen. Tällaisen energian teho on 200 MW. Tämä riittää tarjoamaan 250 000 asuinrakennusta. Joidenkin raporttien mukaan hanke aloitettiin toteuttamaan vuonna 2016.
Vuonna 2010 Shimizu-konserni julkaisi materiaalia suuren aseman mahdollisesta rakentamisesta Kuuhun. Aurinkopaneeleja tullaan käyttämään suuria määriä. Niistä rakennetaan hihna, jonka parametrit ovat 11 000 ja 400 km (pituus ja leveys).
Vuonna 2011 useat suuret japanilaiset yritykset suunnittelivat maailmanlaajuisen yhteisprojektin. Siihen sisältyi 40 satelliitin käyttö asennettuihin aurinkoakkuihin. Sähkömagneettisista aalloista tulee energian johtimia Maahan. Peili vie heidätjonka halkaisija on 3 km. Se keskittyy v altameren aavikkovyöhykkeelle. Hanke oli tarkoitus käynnistää vuonna 2012. Mutta teknisistä syistä tämä ei tapahtunut.
Ongelmia käytännössä
Avaruusenergian kehittäminen voi pelastaa ihmiskunnan kataklysmiltä. Hankkeiden käytännön toteutuksessa on kuitenkin monia vaikeuksia.
Kuten on suunniteltu, satelliittiverkoston sijainnilla avaruudessa on seuraavat edut:
- Jatkuva altistuminen auringolle, eli jatkuva toiminta.
- Täydellinen riippumattomuus säästä ja planeetan akselin sijainnista.
- Ei ongelmia rakenteiden massojen ja niiden korroosion kanssa.
Suunnitelmien toteuttamista vaikeuttavat seuraavat ongelmat:
- Antennin v altavat parametrit - energian lähettäjä planeetan pinnalle. Joten esimerkiksi, jotta aiottu lähetys tapahtuisi käyttämällä mikroa altoja, joiden taajuus on 2,25 GHz, tällaisen antennin halkaisija olisi 1 km. Ja energiavirran vastaanottavan vyöhykkeen halkaisijan tulee olla vähintään 10 km.
- Energiahäviö Maahan muutettaessa on noin 50 %.
- Järkeät kulut. Yhdelle maalle nämä ovat erittäin merkittäviä summia (useita kymmeniä miljardeja dollareita).
Nämä ovat avaruusenergian hyvät ja huonot puolet. Johtavat voimat osallistuvat sen puutteiden poistamiseen ja minimoimiseen. Esimerkiksi amerikkalaiset kehittäjät yrittävät ratkaista taloudellisia ongelmia SpaceXs Falcon 9 -rakettien avulla. Nämä laitteet vähentävät merkittävästi suunnitellun ohjelman toteuttamiskustannuksia (erityisesti SBSP-satelliittien laukaisua).
Kuun ohjelma
David Criswellin käsityksen mukaan Kuuta on käytettävä perustana tarvittavien laitteiden sijoittamiseen.
Tämä on optimaalinen paikka ratkaista ongelma. Sitä paitsi missä on mahdollista kehittää avaruusenergiaa, ellei Kuussa? Tämä on alue, jolla ei ole ilmapiiriä ja säätä. Sähköntuotanto täällä voi jatkua jatkuvasti vakaalla hyötysuhteella.
Lisäksi monet akkujen komponentit voidaan rakentaa kuun materiaaleista, kuten maaperästä. Tämä vähentää merkittävästi kustannuksia analogisesti muiden asemamuunnelmien kanssa.
Venäjän tilanne
Maan avaruusenergiateollisuus kehittyy seuraavien periaatteiden pohj alta:
- Energiahuolto on sosiaalinen ja poliittinen ongelma planeetan mittakaavassa.
- Ympäristöturvallisuus on asiantuntevan avaruustutkimuksen ansio. Vihreän energian tariffeja tulisi soveltaa. Tässä otetaan välttämättä huomioon sen kantajan sosiaalinen merkitys.
- Jatkuva tuki innovatiivisille energiaohjelmille.
- Ydinvoimalaitosten tuottaman sähkön prosenttiosuus on optimoitava.
- Optimaalisen energiasuhteen tunnistaminen maan ja tilan keskittymiseen.
- Avaruusilmailun soveltaminen koulutukseen ja energian siirtoon.
Venäjän avaruusenergia on vuorovaikutuksessa Federal State Unitary Enterprise NPO:n ohjelman kanssa. Lavochkin. Idea perustuu aurinkokeräinten ja säteilyantennien käyttöön. Perustekniikat - autonomiset satelliitit, joita ohjataan Maasta klopilottipulssiavustus.
Antennina käytetään mikroa altospektriä lyhyillä, tasaisilla millimetriaaloilla. Tästä johtuen ulkoavaruuteen ilmestyy kapeita säteitä. Tämä vaatii vaatimattomien parametrien generaattoreita ja vahvistimia. Silloin tarvitaan huomattavasti pienempiä antenneja.
TsNIIMashin aloite
Vuonna 2013 tämä organisaatio (joka on myös Roscosmosin tärkein tieteellinen osasto) ehdotti kotimaisten avaruusaurinkovoimaloiden rakentamista. Niiden suunniteltu teho oli 1-10 GW. Energia on siirrettävä Maahan langattomasti. Tähän tarkoitukseen, toisin kuin Yhdysvalloissa ja Japanissa, venäläiset tutkijat aikoivat käyttää laseria.
Ydinpolitiikka
Aurinkoakkujen sijainti avaruudessa sisältää tiettyjä etuja. Mutta tässä on tärkeää noudattaa tiukasti tarvittavaa suuntaa. Tekniikka ei saa olla varjoissa. Tässä suhteessa useat asiantuntijat ovat skeptisiä kuun ohjelman suhteen.
Ja nykyään tehokkaimpana menetelmänä pidetään "Avaruusydinvoimaa - aurinkovoimaa". Siihen kuuluu tehokkaan ydinreaktorin tai generaattorin sijoittaminen avaruuteen.
Ensimmäisellä vaihtoehdolla on v altava massa ja se vaatii huolellista seurantaa ja huoltoa. Teoriassa se pystyy työskentelemään itsenäisesti avaruudessa enintään vuoden. Tämä on liian lyhyt aika avaruusohjelmille.
Toisen tehokkuus on vakaa. Mutta avaruusolosuhteissa sitä on vaikea vaihdellasen voima. Nykyään amerikkalaiset NASAn tutkijat kehittävät parannettua mallia tällaisesta generaattorista. Myös kotimaiset asiantuntijat työskentelevät aktiivisesti tähän suuntaan.
Avaruusenergian kehittämisen yleisiä motiiveja
Ne voivat olla sisäisiä ja ulkoisia. Ensimmäinen luokka sisältää:
- Maailman väestön jyrkkä kasvu. Joidenkin ennusteiden mukaan maapallon asukasmäärä on 2000-luvun loppuun mennessä yli 15 miljardia ihmistä.
- Energiankulutus jatkaa kasvuaan.
- Klassisten energiantuotantomenetelmien käyttö on tulossa merkityksettömäksi. Ne perustuvat öljyyn ja kaasuun.
- Negatiivinen vaikutus ilmastoon ja ilmakehään.
Toiseen luokkaan kuuluvat:
- Jaksottaiset putoukset planeetalla, jossa on suuria osia meteoriittia ja komeettoja. Tilastojen mukaan tämä tapahtuu kerran vuosisadassa.
- Magneettisten napojen muutokset. Vaikka taajuus täällä on kerran 2000 vuodessa, on olemassa uhka, että pohjois- ja etelänavat vaihtavat paikkaa. Sitten planeetta menettää jonkin aikaa magneettikenttänsä. Tämä on täynnä vakavia säteilyvaurioita, mutta vakiintuneesta avaruusenergiasta voi tulla puolustus tällaisia katastrofeja vastaan.
